彭练矛说碳基电子是国产芯片技术突围利器，他为何这么说？

彭练予是谁？他是中国科学院院士、湖南先进传感与信息技术创新研究院院长，他在“碳基材料与信息器件研讨会” 上表示，针对中国半导体材料、制造工艺和芯片设计落后的状况，碳基电子大有所为，其对国产芯片技术突围具有重要价值和意义。

目前中国芯片技术整体产业链面临着被“卡脖子”的状况，关键因素在于中国在芯片技术领域没有核心技术和自主研发能力，没有主导芯片从材料、设计到生产制备的全套技术中任何一个环节。相比传统的硅基技术，新一代的碳基电子及其信息器件具有更优异的性能，在包括数字电路、射频/模拟电路、传感器件、光电器件等所有半导体应用领域都具备革命性的应用前景。

而目前我们使用的手机、电脑等产品，这些产品的核心部件芯片正面临着性能极限的逼近。 所以科学家们正在探索用新材料来替代硅制造芯片，从而冲破芯片的物理极限。“没有芯片技术，就没有中国的现代化。实现由中国主导芯片技术的‘直道’超车，就是碳基电子的定位和使命。”彭练矛表示，碳基电子的终极使命就是在现有优势下扬长避短，从材料开始，全面突破现有的主流半导体技术，研制出中国人完全自主可控的芯片技术，在主流芯片领域产生重要影响。

多年来，为了在碳芯片研究上取得突破，国家投入了巨大的研发资金。日前，北京元芯碳基集成电路研究院宣布，中科院北京大学教授彭练矛和张志勇率领团队突破了长期困扰碳基半导体制备的瓶颈。有评论称，这项成果相对美、韩等国当前先进的硅基半导体技术，不是“弯道超车”，而是“造路超车”，将促进全球半导体行业迎来大洗牌。

我们先说说碳基芯片是不是靠谱的。

2020年5月在美国知名杂志《科学》上，北大团队刊登了一篇关于碳基半导体的论文，文中提到了“高密度碳纳米管”的提取和组装方法，业界更是将这一成果称为——碳基半导体进入规模工业化的基础，通俗讲就是利用这个方法提取的碳纳米管，可以用来制取芯片。

目前制取芯片的材料是硅基，而碳纳米管制取的碳基芯片，相比于传统硅基在成本、性能和功耗上更加具有优势。而且碳基芯片最突出的一个地方就是，28纳米制程的碳基芯片与目前主流7纳米硅基芯片的性能相当，所以我们只需用28纳米的光刻机，便可以获得全球最先进EUV光刻机的效果。

这样看来碳基芯片确实是比较靠谱的，中国在碳基半导体的提取技术上，也已经做到了行业顶尖水平。那么台积电这些已经将硅基芯片做到工艺极限的大厂，为什么要用咋们的碳基材料，将行业话语权乖乖交出来呢？

问题不是台积电或者整个芯片行业想不想用，而是他们——必须要面临这一步的选择。而这一切就要从芯片业界的一条至尊定律——摩尔定律说起。1965年美国人戈登摩尔提出了一条芯片定律，遵循这条定律，硅基芯片的性能每隔两年左右就会翻一倍，具体表现在芯片的制程有规律提高。但是硅基芯片进入5纳米、乃至2纳米制程以下后，人类的加工工艺也逼近了极限，所以摩尔定律正在逐渐失去“预言“的作用。

而这正是由于硅基芯片本身的物理性质所限制的，往更小的制程做、芯片中的晶体管更小时，硅基芯片会出现漏电效应和短沟道效应等问题，而用碳基材料来做晶体管，就不用做这么小，不用去逼近工艺极限，就可以获得与硅晶体管同等的性能。所以芯片从业者们要么继续寻求破解的技术，要么就更换制作芯片的材料，这是今后芯片行业必须面对的抉择。

所以碳基芯片的方向是有一定可行性的。要知道数码相机的诞生，打败了胶片大厂柯达，智能手机的出现干掉了翻盖巨头诺基亚，所以我们不能忽视中国芯片行业的任何一次机会。

但除了看到碳基芯片给中国半导体行业，带来的一线生机外呢，还要理性看待碳基芯片存在的技术障碍和研发周期。北大碳纳米管提取团队的带头人彭练矛教授曾表示，该团队的下一步目标是在3年内完成90纳米碳基CMOS先导工艺的开发，性能上相当于28纳米的硅基芯片。也就是说，我们在这几年是要完成90纳米碳基芯片的工艺研发，也就是将90纳米碳基芯片设计出来，其性能相当于28纳米的硅基芯片，相比于目前硅基芯片5纳米的一线水平，我们刚好可以迈入门槛。

其次此次碳纳米管的提取是将碳基半导体技术，从实验室向着产业化应用推进了一大步，但是呢，在完全达到产业化之前，我们还有很长的一段距离要走。碳纳米管的提取仅是完成芯片众多制造步骤中的一小步——芯片材料的提取，后续芯片内部结构的制作步骤还有不少，在电路缩放版图的印刻上我们仍然需要用到光刻机，但对光刻机精度的需求没有像现在这样急迫。即使我们完成了硅基芯片的设计，但整个行业也没有生产制造的能力，而硅基芯片制造技术这一步也是我们必须面对的。

最后碳基芯片产业和生态的建立还需要一定的时间，而今后发展的趋势很可能是和硅基芯片产业链相融合。目前各大厂商在硅集成电路产业投入了巨额资金研发，完善了芯片设计、制造和封装等一系列环节，才有了今天如此成熟的硅基芯片产业链。如果行业最终选择碳基芯片、以及碳基芯片的技术愈发成熟时，产业链和生态的更换，或者因为碳基芯片和硅基芯片有着技术交叉，我们可以进行产业链的融合时，都是需要一个时间周期。

所以我们现在虽然有了领先的碳基半导体技术，在碳基芯片的发展上有一定的先发、主导优势。但是我们仍然要埋头发展整个芯片产业链，更不能沉醉于马上弯道超车的幻想中。短时间内，华为的芯片困境不会改变，中国芯片行业的障碍不会解除。

您好，很高兴回答的您问题，以下是我的个人观点。

当然是真事儿，而且这个芯片有很多优势。

在硅基芯片的发展上，中国面对重重障碍，EDA软件、IP、晶圆、生产工艺、设备等等的技术都遭到技术封锁，高端芯片产业链几乎没有中国的份额，华为海思很不容易搞出芯片来，马上就遭到美国的打压。

但是最近出来了一个好消息，北京元芯碳基集成电路研究院中国科学院院士、北京大学教授彭练矛和张志勇教授带领的团队，经过多年的研究和实践，解决了长期困扰他们基半导体材料制备的瓶颈，如材料的纯度，密度与面积等问题。

碳基芯片的优势，成本更低，功耗更低，效率更高，是一种很好的半导体材料，很可能是下一代晶体管集成电路的最理想材料，如果研发成功，到时候芯片内部的晶体管的栅极就是更优秀的碳材料。

早在2017年的时候，彭练矛的团队就研制出高性能五纳米的栅长碳纳米管CMOS器件，这是当时世界上最小的高性能晶体管，它的综合性能比最好的危机晶体管高出了十倍，但是能耗却比硅材料的晶体管少了3/4，当时也登在了自然科学杂志上。

碳基技术，真的会在不久的将来应用在国防科技，卫星导航，气象监测，人工智能，医疗器械这些与国家和人民生活息息相关的重要领域。

彭练矛说“相对于一些时髦的新应用技术，类似芯片这样的基础性研究应该获得更多的关注，因为它对于一个国家的科技实力提升起着更为核心和支撑的作用。”

但是我认为要是投入到工业生产，还是要经过很长的一段路程，希望他们能快点找到解决办法，所以，要真正做到芯片国产化，不仅要提高芯片研发能力和生产能力，还需要提高我国的光刻机研发的制造能力，这些科技都需要花费很长时人力物力和资金，虽然困难重重，我依然认为不久的将来一定会实现的。

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